Для переважної більшості тварин на Землі дихання є синонімом життя. Однак протягом перших двох мільярдів років існування нашої планети кисень перебував у рідкісному стані.
Це не означає, що Земля весь цей час була неживою, але це життя було рідкісним і сильно відрізнялося від того, що ми знаємо сьогодні.
Лише коли на сцену вийшли складніші бактерії, здатні до фотосинтезу, все почало змінюватися, викликавши те, що вчені називають Великою подією окислення. Але коли все це сталося? Як усе це потрясло?
Нова методика аналізу генів дала підказки щодо нової шкали часу. За оцінками, бактеріям було потрібно 400 мільйонів років, щоб поглинути сонячне світло і видихнути кисень, перш ніж життя дійсно процвітало.
Іншими словами, на нашій планеті ймовірно існували організми, здатні до фотосинтезу задовго до Великої Події Окислення.
“В еволюції все починається з малого” пояснити Геолог Грег Фурньє з Массачусетського технологічного інституту.
“Хоча є докази раннього кисневого фотосинтезу – що є найважливішим і справді дивовижним еволюційним нововведенням на Землі – для його злету знадобилися сотні мільйонів років”.
В даний час існує два конкуруючих рахунки для пояснення еволюції фотосинтезу в особливих бактеріях, відомих як ціанобактерії. Деякі вважають, що природний процес перетворення сонячного світла в енергію з’явився на еволюційній сцені дуже рано, але він розвивався з “повільним запобіжником”. Інші вважають, що фотосинтез розвинувся пізніше, але “він протікав як вогонь”.
Велика частина суперечок випливає з припущень про швидкість еволюції бактерій та різних інтерпретацій скам’янілостей.
Тож Фурньє та його колеги додали до цієї суміші ще одну форму аналізу. У рідкісних випадках бактерії іноді можуть успадковувати гени не від батьків, а від інших, віддалено споріднених видів. Це може статися, коли інша клітина «поїсть» і включить інші гени у свій геном.
Вчені можуть використовувати цю інформацію для з’ясування відносного віку різних груп бактерій; Наприклад, особи з вкраденими генами, напевно, підкорили їх від виду, який існував одночасно.
Потім ці відносини можна порівняти з більш конкретними спробами датування, такими як моделі молекулярного годинника, які використовують генетичні послідовності організмів для відстеження історії генетичних змін.
З цією метою дослідники вичісували геноми тисяч видів бактерій, включаючи ціанобактерії. Вони шукали випадки горизонтальної передачі генів.
Загалом вони визначили 34 чіткі приклади. Порівнюючи ці приклади з шістьма моделями молекулярних годинників, автори виявили, що одна з них є, як правило, більш доцільною. Вибравши цю форму суміші, команда зробила оцінки тривалості життя фотосинтезуючих бактерій.
Результати показують, що всі ціанобактерії, що живуть сьогодні, мають спільного предка, який був близько 2,9 мільярдів років тому. Тим часом предки ті Предки нефотосинтезуючих бактерій розійшлися приблизно 3,4 млрд років тому.
Фотосинтез, ймовірно, еволюціонував десь між цими двома датами.
Відповідно до переважної еволюційної моделі команди, ціанобактерії могли фотосинтезувати принаймні за 360 мільйонів років до геосинхронної орбіти. Якщо вони мають рацію, це підтверджує гіпотезу “повільного злиття”.
“Цей новий документ проливає фундаментальне нове світло на історію оксигенації Землі, по -новому пов’язуючи скам’янілі копалини з даними генома, включаючи горизонтальну передачу генів”, Він каже Біогеохімік Тімоті Лайонс з Каліфорнійського університету, Ріверсайд.
“Висновки говорять про початок біологічного виробництва кисню та його екологічну важливість у способах, які забезпечують біотичні обмеження щодо моделей та контролю ранньої оксигенації океану та подальшого накопичення в атмосфері”.
Автори сподіваються використовувати подібні методи генетичного аналізу для аналізу інших організмів, крім ціанобактерій.
Дослідження було опубліковане в Матеріали Королівського товариства B.
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
